JP2005137128A - 電気自動車 - Google Patents

Abstract

【課題】 駆動ユニットの冷却用冷媒を循環させるポンプ用の電動機が不要な簡易な構造の電気自動車を提供する。
【解決手段】 走行駆動用の電動機３およびこの電動機３を駆動する電源部１３を備えた駆動ユニットと、この駆動ユニットとの間で冷媒４を循環させて前記駆動ユニットに生じた熱を放散するラジエター５と、走行風により駆動されるファン１０と、このファン１０の回転力および／または車軸２の回転力により駆動されて前記冷媒４を循環させるポンプ７とを備える。
【選択図】 図４

Description

本発明は、電気自動車に係り、特に走行駆動用の電動機およびこの電動機を駆動する電源部を冷却するに最適な冷却機構を備えた電気自動車に関する。

近時、地球環境に優しい電気自動車の発展が目覚ましい。この電気自動車の駆動源となる走行駆動用の電動機は、バッテリまたは燃料電池に接続されたインバータ等のスイッチング装置（電源部）から電力が供給されて駆動される。この種の電気自動車は、一般に電動機の損失により生じた熱、或いはスイッチング装置の変換損失により生じた熱を放散して冷却する必要がある。

例えば電気自動車の走行駆動用の電動機を冷却する方法として、ホイール内に組み込まれて車輪を直接駆動するアウタロータ形ホイールイン・ダイレクトドライブ電動機を冷却する冷却構造が知られている（例えば、特許文献１を参照）。これは冷却用ファンが吸い込んだ空気を電動機内部に強制的に送って冷却するものである（強制空冷方式）。
或いは、駆動用の電動機として適用される直流電動機の特にブラシ部を冷却することにより、電動機の耐熱性を向上させた冷却構造が知られている（例えば、特許文献２を参照）。これは、直流電動機の最も発熱の大きいブラシに直接接触しているホルダープレートをリヤブラケットから離間配設する構造として放熱フィンを設けると共に、この放熱フィンを直流電動機の側面に配設するようにして、該ホルダープレートをヨークとリヤブラケットで挟持した構造をとるものである。そして車軸輪に対して直流電動機の回転軸方向が平行に取り付くような位置に配設し、走行風方向が放熱フィンに対して直交するようにして電動機の冷却を効率的に行えるようにしている。

上述した空冷方式の他、循環する冷却水（冷媒）を用いて走行駆動用の電動機およびこの電動機を駆動する電源部からなる駆動ユニットをより効果的に冷却する水冷方式もある。これは、図５に示すように車輪１と車軸２とを介して接続された走行駆動用の電動機（駆動モータ）３およびこの電動機３を駆動する電源部１３からなる駆動ユニットと、この駆動ユニットとの間で冷却水（冷媒）４を循環させて該駆動ユニットに生じた熱を放散するラジエター５と、このラジエター５と駆動ユニットとの間に冷却水（冷媒）４を循環させる配管６に設けられたポンプ７、およびこのポンプ７を駆動するポンプ用電動機８を備えて構成したものである。そしてこの水冷方式は、ポンプ用電動機８によりポンプ８を駆動することにより、冷却水（冷媒）４を循環させて、駆動ユニットから吸収した熱をラジエター５から放散し、該駆動ユニットを冷却する。
実用新案登録第２５１７９０号公報 特開２００１−２５１８１５号公報

上述した電気自動車において駆動ユニットを冷媒により冷却する水冷方式をとる場合、冷媒循環用のポンプ７を駆動するポンプ用電動機８が必要である。このため電気自動車には、走行駆動用の電動機と別の電動機を搭載する必要があり、部品点数の増加やコスト上昇の要因となっていた。
また電気自動車の走行駆動用の電動機およびこの電動機を駆動する電源装置は、一般に停車時に作動しない。このため、走行時のみ電動機と電源装置とに冷媒を循環させて駆動ユニットを冷却すれば十分であると考えられる。

本発明は、上述した問題点を解決すべく、電気自動車特有の特性を考慮してなされたものであり、水冷方式により駆動ユニットを冷却する電気自動車において、冷却用冷媒を循環させるポンプ用の電動機を不要とした簡易な構造の電気自動車を提供することにある。

上述した目的を達成するため、本発明に係る電気自動車は、走行駆動用の電動機およびこの電動機を駆動する電源部を備えた駆動ユニットと、この駆動ユニットとの間で冷媒を循環させて前記駆動ユニットに生じた熱を放散するラジエターと、走行風により駆動されるファンと、このファンの回転力および／または車軸の回転力により駆動されて前記冷媒を循環させるポンプとを備えることを特徴としている。

このため走行中に受ける走行風や走行中の車軸の回転力によりポンプを回転駆動させて冷媒を循環させることができる。
好ましくは、上記ポンプは、前記ファンから所定の回転力が得られないとき、前記電動機により駆動されるよう構成することが望ましい。つまり、このように構成することで低速走行時など走行風が弱いとき等で前記ファンの回転速度が遅く、所定の回転力が得られず所望の冷却効果が得られないときは、走行駆動用の電動機によりポンプの駆動を補助して冷媒を循環させることができる。

より好ましくは、上記ポンプは、停車時に車軸との間に介挿されたクラッチを開放して該車軸への動力伝達が絶たれた前記電動機により駆動されることが望ましい。つまり、電動機と車軸との間に介挿されたクラッチを開放して、該電動機を駆動させることにより、この電動機の回転力を車軸に伝達することなくポンプを回転駆動させて冷媒を循環させることができる。

以上説明したように、本発明に係る電気自動車においては、電気自動車の駆動ユニットを冷却する冷媒を循環させるポンプを、走行風により駆動されるファンの回転力および／または車軸の回転力により駆動するように構成しているので、ポンプ駆動用の電動機を用いることなく冷媒を循環させることができる。また、ポンプ駆動用の電動機が不要であるため、部品点数の削減、コストの低減を図ることが可能となる。

また、ポンプを駆動するファンから所定の回転力が得られないときは、走行駆動用の電動機によってポンプの回転を補助するように構成しているので、例えば低速走行時等の場合であっても十分な冷却効果を得ることができる等、実用上多大なる効果を奏する。

以下、本発明の第１の実施形態に係る電気自動車に関し、図面を参照しながら説明する。
図１は本発明の第１の実施形態の係る電気自動車における駆動部分のみを示した概略構成図である。尚、この図において従来の実施形態を示す図５と同一機能を有する部位には同符号を付し、その説明を略述する。

この図において３は、電気自動車を走行駆動する電動機（駆動モータ）である。この駆動モータ３は、図示しないインバータ等の電源装置によって電源供給されるようになっている。また駆動モータ３には、車軸２を介して駆動される車輪１が結合されている。この駆動モータ３は、特に図示しないが電機子および界磁巻線、ブラシ等の構造物を収納する電動機筐体（ケース）の外囲を囲繞するように設けられたカバー体や、電動機のケース内に設けられた貫通孔（例えば冷却パイプ）に冷媒４が通るようになっている。そして駆動モータ３から生じた熱（損失熱）は、冷媒４により吸収されて電気自動車のフロント部に設けられたラジエター５により放散される。ちなみに、駆動モータ３に設けられた前記カバー体や貫通孔とラジエター５とは、配管６により接続されている。また、この配管６には冷媒４を循環させるポンプ７が介挿されている。

概略的には上述したように構成された本発明の第１の実施形態に係る電気自動車が特徴とするところは、走行風により駆動されるファン１０により冷媒４を循環させるポンプ７を駆動する点にある。つまり、本発明の第１の実施形態に係る電気自動車は、該電気自動車が走行中に受ける風（走行風）をファン１０の空気取入口１１から取り込み、この空気によりファン１０を回転させてポンプ７を駆動する。ちなみに、ファン１０を回転させた空気は、空気排出口１２から排出される。

このように本発明の第１の実施形態に係る電気自動車は、上述したように走行風によって回転されるファン１０の回転力を用いて冷媒４を循環させるポンプ７を駆動しているので、走行中に駆動モータ３に生じた熱を冷媒４に吸収させつつ、ラジエター５からその熱を放散させることが可能となる。
尚、図１には駆動モータ３のみを図示したが、この電気自動車は、駆動モータ３に電力を供給するインバータ等から構成される電源部（図示せず）にも配管６が接続されて冷媒４がラジエター５との間で循環するように構成され、駆動モータ３と共に冷却されるようになっている。

次に本発明の第２の実施形態に係る電気自動車に関し、図面を参照しながら説明する。
図２は本発明の第２の実施形態に係る電気自動車における駆動部分のみを示した概略構成図である。尚、この図において前述した第１の実施形態を示す図１と同一機能を有する部位には同符号を付し、その説明を略述する。
この第２の実施形態が特徴とするところは、冷媒４を循環させるポンプ７の駆動源として車軸２の回転力を用いる点にある。

さて、この図において冷媒４を循環させるポンプ７の回転軸は、車軸２と同軸に形成され、この車軸２にポンプ７の翼（図示せず）が形成されたものとなっている。そして、車軸２の回転によって駆動されるポンプ７は、駆動モータ３を含む図示しない電源部１３とからなる駆動ユニットとラジエター５との間に冷媒４を循環させる。ちなみに、ポンプ７は、上述した構成の他、後述する第４の実施形態に示すように車軸２に設けたプーリおよびベルトによって該車軸２の回転力をポンプ７に伝達する駆動するように構成してもかまわない。要は車軸２の回転力がポンプ７に与えられるように構成されていればよい。

このように構成された本発明の第２の実施形態に係る電気自動車は、車軸２の回転力によりポンプ７を回転駆動する。したがって、この電気自動車は、走行中に回転する車軸２の回転力がポンプ７に伝達されて冷媒４を駆動ユニットとラジエター５との間を循環させることができ、駆動ユニットを効果的に冷却することができる。
尚、図２にあっても駆動モータ３のみを図示したが、この電気自動車は、駆動モータ３に電源を供給するインバータ等から構成される電源部にも配管６が接続されて冷媒４がラジエター５との間で循環するように構成され、駆動モータ３と共に冷却されるようになっている。このため、駆動モータ３および電源部からなる駆動ユニットを効果的に冷却することができる。

次に本発明の第３の実施形態に係る電気自動車に関し、図面を参照しながら説明する。
図３は、本発明の第３の実施形態に係る電気自動車における駆動部分のみを示した概略構成図である。尚、この図において前述した第１の実施形態を示す図１と同一機能を有する部位には、同符号を付し、その説明を略述する。
この第３の実施形態が上述した第１および第２の実施形態と異なるところは、駆動モータ３と車輪１とを結合している車軸２にクラッチ１６ａを設けて、このクラッチ１６ａを開放することにより停車中であってもポンプ７を駆動モータ３で駆動させることができる点にある。

さて、この図において１３は、駆動モータ３に電力を供給する電源部である。この電源部１３には、駆動モータ３が誘導電動機等の交流電動機の場合はインバータが適用され、駆動モータ３が直流電動機の場合は直流チョッパが適用される。この電源部１３には、駆動モータ３と共に、ポンプ７により循環される冷媒４が配管６を介して供給される。そして電源部１３および駆動モータ３を駆動することによって生じたそれぞれの損失熱は、ポンプ７によって循環される冷媒４により吸収されてラジエター５から放散されるようになっている。また駆動モータ３および電源部１３からなる駆動ユニットには、それぞれ温度センサ１４が設けられている。この温度センサ１４が検出した温度データは、後述する制御部１５に与えられる。

また、前述したように駆動モータ３と車輪１とを結合する車軸２には、クラッチ１６ａが設けられている。このクラッチ１６ａは、その開閉に伴って車輪１に対して駆動モータ３の回転力を絶ったり、伝達したりする役割を担うものである。ちなみに車軸２に結合されるポンプ７は、前述した第２の実施形態に示したように駆動モータ３とクラッチ１６ａとの間の車軸２ａに設けられて該車軸２ａの回転力により駆動するように構成される。尚、ポンプ７は、後述する第４の実施形態に示すように車軸２ａの回転力を伝達するプーリおよびベルトによって駆動するように構成してもよい。

このような役割を担うクラッチ１６ａの開閉制御は、制御部１５により行われるようになっている。つまりこの第３の実施形態が上述した第１および第２の実施形態と異なる所は、駆動モータ３と車軸２，２ａと間に駆動モータ３の回転力を絶つクラッチ１６ａを設けた点にある。
つまり走行時における駆動モータ３の回転力は、制御部１５の制御により閉じられたクラッチ１６ａ、車軸２，２ａを介して車輪１に伝達される。このとき車軸２ａに結合されたポンプ７は、駆動モータ３の回転力により駆動される。すると冷媒４は、ポンプ７の回転により駆動ユニットとラジエター５との間で循環することになる。このため駆動モータ３および電源部１３のそれぞれに生じた熱を吸収した冷媒４がラジエター５との間で循環して、駆動ユニットを冷却することができる。

また、低速走行、登坂走行あるいは高速走行が連続した後に停車したとき等、駆動モータ３および電源部１３の冷却が十分でなく、温度センサ１４が検出した温度データが所定定の温度を上回っているとき等の場合、制御部１５はクラッチ１６ａを開放するとともに駆動モータ３を回転させて車軸２ａに結合されたポンプ７を回転駆動して冷媒４を循環させて駆動ユニットを冷却する。

このように本発明の第３の実施形態に係る電気自動車によれば、車軸２，２ａに車輪１への駆動モータ３の駆動力を絶つクラッチ１６ａが設けられているので、このクラッチ１６ａを開くことで停車中であっても駆動モータ３により車軸２ａに結合されたポンプ７を駆動することができる。このため本発明の第３の実施形態に係る電気自動車は、駆動モータ３および電源部１３からなる駆動ユニットに生じた熱を停車中であってもラジエター５から効率的に放散することができ、駆動ユニットを冷却することが可能となる。

次に本発明の第４の実施形態に係る電気自動車に関し、図面を参照しながら説明する。
図４は、本発明の第４の実施形態に係る電気自動車における駆動部分のみを示した概略構成図である。尚、この図において前述した第１の実施形態を示す図１と同一機能を有する部位には同符号を付し、その説明を略述する。
この第４の実施形態が特徴とするところは、前述した第１乃至第３の実施形態を複合して構成した点にある。すなわち、冷媒４を循環させるポンプ７の駆動源として、ファン１０、車軸２および駆動モータ３のそれぞれの回転力を用いた点にある。

さて、走行風によって回転するファン１０の回転力は、回転軸１７ａ，１７ｂにより結合されたポンプ７に与えられる。この回転軸１７ａ，１７ｂには、制御部１５によって開閉が制御される第２のクラッチ１６ｂが介挿されている。また、この第２のクラッチ１６ｂとポンプ７との間の回転軸１７ｂには、クラッチ機構を有するプーリ１８ｂが介挿されている。このプーリ１８ｂは、駆動モータ３とクラッチ１６ａとの間の車軸２ａに設けられたプーリ１８ａとベルト等により掛け回されて、駆動モータ３の回転力が伝達される。そして回転軸１７ｂに設けられたプーリ１８ｂは、後述する制御部１５の制御により、回転軸１７ｂにロック／アンロックするようになっている。つまり、プーリ１８ｂは、制御部１５からのクラッチ機構のロック指令を受けると回転軸１７ｂに駆動モータ３の回転力を伝達する一方、制御部１５からクラッチ機構のアンロック指令を受けると、プーリ１８ｂと回転軸１７ｂとの結合を開放する。

このように構成された本発明の第４の実施形態に係る電気自動車は、ファン１０とポンプ７とを結合する回転軸１７ａ，１７ｂとの間に介挿された第２のクラッチ１６ｂを閉じ、走行中に受ける走行風によりファン１０を回転させて、その回転力によりポンプ７を駆動する。
また、低速走行、登坂走行あるいは高速走行が連続した後に停車したとき等、ファン１０の回転力が低下または停止しているとき、駆動モータ３および電源部１３の冷却が十分でない場合、即ち温度センサ１４が検出した駆動モータ３および電源部１３の温度データが所定の温度を上回っているとき等の場合、制御部１５はクラッチ機構付きのプーリ１８ｂの回転力を回転軸１７ｂに伝達させるべく該プーリ１８ｂのクラッチをロック制御する。このとき電気自動車が走行中の場合は、第２のクラッチ１６ｂを開放して、回転力の弱いファン１０を車軸２ａに回転力により駆動しないようにしてポンプ７を該車軸２ａの回転力により駆動させるようにするとよい。

また停車中の場合で駆動モータ３および電源部１３の冷却が十分でなく、温度センサ１４が検出した駆動モータ３および電源部１３の温度データが所定の温度を上回っているとき等の場合、制御部１５は、車輪１と駆動モータ３とを結合する車軸２，２ａに介挿された第１のクラッチ１６ａを開放すると共に、第２のクラッチ１６ｂを開放して、駆動モータ３を駆動させる。するとポンプ７は、駆動モータ３により車軸２ａ、プーリ１８ａ，１８ｂおよびベルト１９を介して回転駆動される。

このように構成した本発明の第４の実施形態に係る電気自動車によれば、走行風により回転するファン１０の回転力によりポンプ７を駆動すると共に、その回転力が低下したとき駆動モータ３の回転力を該ポンプ７に伝達することができる。このため、電気自動車の走行状態によらず効果的に駆動ユニット（駆動モータ３および電源部１３）を冷却することが可能となる。

また、駆動モータ３と車輪１との間の車軸２，２ａにはクラッチ１６ａが介挿される一方、このクラッチ１６ａと駆動モータ３との間の車軸２ａにはプーリ１８ａ，１８ｂおよびベルト１９が設けられている。このため停車中であっても、駆動モータ３を回転させることによって、駆動モータ３の回転力を車輪１に伝達することなく、ポンプ７を駆動することができる。このため、必要に応じて駆動ユニット（駆動モータ３および電源部１３）を冷却することが可能である。

尚、上述した実施形態においては、駆動モータ３が駆動する車軸２，２ａの回転力を用いてポンプ７を駆動する方法を例示したが、駆動力が伝達されない車輪（図示せず）の車軸の回転力を用いてポンプ７を駆動するように構成してもかまわない。
その他、本発明に係る電気自動車は、その要旨を逸脱しない範囲において種々変形して実施することができる。

本発明の第１の実施形態に係る電気自動車の駆動部の概略構成を示す図。 本発明の第２の実施形態に係る電気自動車の駆動部の概略構成を示す図。 本発明の第３の実施形態に係る電気自動車の駆動部の概略構成を示す図。 本発明の第４の実施形態に係る電気自動車の駆動部の概略構成を示す図。 従来の電気自動車の駆動部の概略構成を示す図。

符号の説明

１ 車輪
２，２ａ 車軸
３ 駆動モータ
４ 冷媒
５ ラジエター
６ 配管
７ ポンプ
８ ポンプ用電動機
１０ ファン
１１ 空気取入口
１２ 空気排出口
１３ 電源部
１４ 温度センサ
１５ 制御部
１６ａ，１６ｂ クラッチ
１７ａ，１７ｂ 回転軸
１８ａ，１８ｂ プーリ
１９ ベルト

Claims (3)

1. 走行駆動用の電動機およびこの電動機を駆動する電源部を備えた駆動ユニットと、
   この駆動ユニットとの間で冷媒を循環させて前記駆動ユニットに生じた熱を放散するラジエターと、
   走行風により駆動されるファンと、
   このファンの回転力および／または車軸の回転力により駆動されて前記冷媒を循環させるポンプと
   を備えることを特徴とする電気自動車。
2. 上記ポンプは、前記ファンから所定の回転力が得られないとき、前記電動機により駆動されるものである請求項１に記載の電気自動車。
3. 上記ポンプは、停車時に車軸との間に介挿されたクラッチを開放して該車軸への動力伝達が絶たれた前記電動機により駆動されるものである請求項１または２に記載の電気自動車。

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